雙極晶體管BJT在小、中型變頻器中的應用

王德選 陳秀玲

（1、哈藥集團中藥二廠，黑龍江 哈爾濱 150000 2、黑龍江工商職業技術學院，黑龍江 哈爾濱 150001）

變頻器的主要電路原理是：交-直-交。在大中功率通用的變頻器中使用最多的是集成門極換流晶閘管（IGCT）、GTO及IGBT三種。在中小功率（6000KVA）應用方面雙向晶體管BJT取代了傳統的晶閘管。

雙極晶體管BJT也稱為巨型晶體管（GIANT TRANSISTOR）,是一種高反壓晶體管。它具有自斷能力，并有開關時間短、飽和壓降低和安全工作區寬等優點。由于BJT實現了高頻化、模塊化、廉價化，因此被廣泛應用在于交流點擊調速、不停電電源和中頻電源等電力變流裝置中。

BJT的主要參數：

1 阻斷電壓UCEO

開路阻斷電壓體現了BJT的耐壓能力，經常使用的一種定義是：基極開路時，集電極一發射極間能承受的電壓值 為開路阻斷電壓UCEO。開路阻電壓值反映了BJT的最大耐壓能力。在通用變頻器中，用于380交流電網時，最好使用1200V電壓等級的BJT模塊。

2 集電極最大持續電流ICM

當基極正向偏置時集電極能流入的最大電流。

3 電流增益HFE

集電極電流與基電極電流的值比稱為電流增益，有事也稱為電流放大倍數或電流傳輸比，即：HFE=IC/IB

4 開通時間TON

假設基電極電流為正向階躍信號IB1時，經過一段時間TD延時后，基極一發射級電壓UBE才上升到飽和值UBES，同時集電極一發射集電極電壓UCE從100%降到90%,這段時間定義為延時時間TD。因此，UCE迅速下降到10%，而集電極電流IC上升到穩態值的90%，這段時間定義為上升時間TR,。開通時間定義為上升時間TR與延時時間TD之和即：TON=TD+TR

5 關閉時間TOFF

關閉時間定義為存儲時間TS與下降時間TR之和。即：TOFF=TS+TR。

因為BJT有許多特性次很廣泛的運用到變頻器，BJT使用的關鍵是在于驅動電路的合理設計及靈敏、快速度的保護方法。隨著技術的進步，BJT可承受能力的提高和波形的改善，能夠實現一是限定輸出電流滿足變頻器用戶的要求，二是避免BJT發生不正常的過流現象。其中變頻器中過流保護方法采用了BJT，BJT的電流檢測根據安裝的地點、精度和方法分三部分進行檢測。

電流檢測器（1），主要用于防止同橋臂上下兩個BJT直通或變頻器運行中發生負載相間的短路。對該保護的要求是動作盡可能快（<1us），當發生過流時電流檢測器把檢測信號送入一個由比較組成的邏輯保護電路，是邏輯保護電路發生輸出翻轉，以控制或封鎖脈沖信號。該方法能檢測各種過流現象，單精度不高。

電流檢測器（2），主要用于防止變頻器運行中發生負載相間短路或輸出相對地短路時，而引起的BJT過流。該方法使用六個檢測器，每一個與BJT串聯，能高精度的檢測各種過電流現象。

電路檢測器（3）主要用于檢測輸出電流是否滿足控制系統和變頻器用戶的要求，當電流超過限定要求時，電流檢測器把檢測到的過電流信號反饋給控制回路，控制BJT的觸發脈沖以減小電流。該方法把電流檢測器安裝在變頻器的輸出，用三個電流檢測器能高精度的檢測（不包含同一個橋臂短路造成的）各種過流現象。至于BJT不正常過流的原因有：BJT不能運行與飽和狀態而進入放大區，由于管耗加大，使BJT發生二次擊穿;同橋臂兩個BJT因電網掉電或噪聲引起直通；變頻器運行中發生負載相間短路或輸出相對地短路；驅動電路電源電壓不足，使BJT退飽和或不能關斷。

BJT的二次擊穿多因為工作于欠飽和狀態引起，而過基極驅動引起的過飽和又使BJT的存儲時間長，直接影響BJT的開關頻率，所以BJT的過飽和及欠飽和保護對它的安全可靠工作有著積極重要的作用。中小功率通用變頻器大多數都采用強迫冷卻方法，如果放生冷卻系統故障，BJT的結溫就會急劇升高，如不采取保護措施，很容易燒壞BJT。通常是將具有正溫度系數的熱敏電阻狀語BJT模塊散熱器上，熱敏電阻上的電位器的輸入端。在冷卻系統工作正常時熱敏電阻值很小，其電位也低，過熱保護電路輸出不發生邏輯翻轉，如果發生冷卻系統故障，BJT模塊散熱器的溫度急劇上升，熱敏電阻迅速增大。當熱敏電阻上的點位超過設定電位時過熱保護電路輸出發生邏輯翻轉，迫使通用變頻器停止工作頻發生過熱報警信號。